Abstract:
Eine Erreichung ambitionierter internationaler Klimaziele ist bei wachsendem Mobiliätsbedarf ohne Elektromobilität nicht möglich. Elektromobilität in Verbindung mit regenerativen Energien wird als wichtiger Baustein zur Reduktion der Treibhausgasemissionen angesehen. Gleichzeitig ist die Verbreitung von Elektrofahrzeugen gering, da diese gegenüber Verbrennungsfahrzeugen mit Einschränkungen verbunden sind. Neben den Anschaffungsausgaben stehen lange Ladezeiten und eine beschränkte Reichweite dem heutigen Einsatz von Elektrofahrzeugen oft entgegen. Eine mögliche Abhilfe könnten betankbare Batterien leisten. In der vorliegenden Arbeit soll erstmalig ein möglicher Infrastrukturaufbau für Elektrofahrzeuge mit sogenannten Redox-Flow-Batterien untersucht werden. Redox-Flow-Batterien besitzen die Eigenschaft, dass aktive Materialien gelöst in Flüssigelektrolyten außerhalb der Zelle gespeichert werden. Dieser Aufbau ermöglicht das Aufladen der Batterie, indem der entladene Elektrolyt durch geladenen ausgetauscht wird. Dieser Tausch kann an einer Tankstelle durchgeführt werden. Ein wesentlicher Nachteil von Redox-Flow-Batterien ist ihre geringe Energie- und Leistungsdichte, weshalb Redox-Flow-Batterien für den mobilen Einsatz bislang kaum erforscht wurden. Ausgehend von einer technischen Betrachtung der RFB-Technologie wurde die Vanadium-Sauerstoff-Redox-Flow-Brennstoffzelle (VOFC) als aussichtsreiche Alternative dieser Technologie identifiziert. Sie bietet herkömmlichen Redox-Flow-Batterien gegenüber den Vorteil einer deutlich höheren Energiedichte, befindet sich aber noch im frühen Entwicklungsstadium. Unter der Annahme einer best-case-Betrachtung wurde eine mögliche Tankstelleninfrastruktur für das Betanken von Fahrzeugen mit einer VOFC untersucht und mit den Konzepten von reinen Batteriefahrzeugen (BEV) und Brennstoffzellenfahrzeugen (FVEV) verglichen. Es ergab sich, dass Elektromobilität basierend auf einer VOFC unter den Annahmen eine konkurrenzfähige Alternative zu heute bekannten Elektromobilitätskonzepten sein kann. Jedoch sind hierzu, ähnlich wie im Bereich der Brennstoffzellenfahrzeuge in der Vergangenheit, weitere Fortschritte bei den technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen notwendig.
